耦合乘員行為檢測的軌道車輛實車撞擊試驗系統的製作方法

2023-09-22 18:07:30

耦合乘員行為檢測的軌道車輛實車撞擊試驗系統的製作方法
【專利摘要】一種耦合乘員行為檢測的軌道車輛實車撞擊試驗系統，所述試驗系統包括中央控制臺、發射器、實車和撞擊牆；發射器與撞擊牆之間的鋼軌上擺放實車；撞擊牆的側面安裝撞擊測速裝置和高速攝影裝置；實車車廂內乘員區的兩端和中間部位各布置實驗假人，實驗假人以非約束坐姿擺放在座椅上，每個實驗假人的身上布置壓力傳感器、位移傳感器和加速度傳感器；配置在調試工況時使用制動裝置、調速制動裝置接頭和調試測速裝置；在撞擊試驗過程中：制動裝置與調速制動裝置接頭脫離，中央控制臺程序控制相關裝置接收保存數據；實車無動力自由滑行距離至少為發射器有效行程的1.1倍；實車與撞擊牆的試驗撞擊速度不低於每小時25公裡。同時進行耦合乘員行為檢測。
【專利說明】耦合乘員行為檢測的軌道車輛實車撞擊試驗系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種耦合乘員行為檢測的軌道車輛實車撞擊試驗系統。
【背景技術】
[0002]列車碰撞事故嚴重威脅乘員安全。為減輕列車碰撞事故造成的損失，研製耐衝擊吸能車體，是減輕列車撞擊事故災害損失的重要途徑，也是世界鐵路客車車體結構(包括城市軌道交通車輛)發展的必然趨勢。在軌道車輛結構耐撞性研究中，實車撞擊試驗是一種能真實反映撞擊過程並且不可替代的研究手段。必須依託實車碰撞實驗進行耐撞吸能車體開發。
[0003]中國專利申請號為200610046823.3，名稱為《汽車被動安全系統碰撞實驗方法》公開了以下技術方案:「一種汽車被動安全系統碰撞實驗方法，可按以下步驟實施:(A)對車體進行加固並安裝車載相機及數據採集系統；(B)檢查和確定約束系統配置情況；檢查座椅並記錄座棋靠背的角度、位置及固定情況；(d)檢查H點定位的精確性；(E)檢查安全帶的基本狀態；(F)檢查方向盤和方向柱固定是否牢固；(G)檢查儀表的固定是否堅固，如果有副氣囊，是否固定牢固；(H)在假人的面部塗上油彩；(I)進行整車碰撞」。
[0004]中國專利申請號為01134940.9，名稱為《坡道式汽車碰撞實驗系統和碰撞實驗方法》公開了以下技術方案:「一種坡道式汽車碰撞實驗系統，包括:支架、牽引鋼絲繩、卷揚機和託輥組成牽引導向裝置；其中支架固定在坡道的頂端，支架上設有一卷揚機，順序安裝另一支架，該支架上設有託輥，一根牽引鋼絲繩通過託輥和卷揚機相連，牽引鋼絲繩另一端通過牽引車上的動滑輪 再繞回連接到坡道的頂端；或者直接與牽引定位車連接；牽引定位車與實驗車之間連接依靠一牽引鉤及脫鉤釋放機構，實現牽引定位車與實驗車之間的聯結和分離；有一定高差的加速度坡道包括水平過渡段、曲線過渡段和直線加速段；坡道的一端連接試驗段，試驗段上設置一安有測試設備的觀測塔，試驗段兩旁設有護牆；實驗車內安裝有測試加速度的儀器。」
以上公開的兩種技術方案，雖然它們能夠在汽車領域應用，但它們都不能直接使用在軌道車輛的撞擊實驗上。其根本原因是軌道車輛構造的特殊性，其體積大、質量大、撞面積大，一般不小於4米X4米；特別是高鐵上運行的軌道車輛的速度高，撞擊時能級高。無法直接借鑑使用，需要重新開發針對軌道車輛的實車碰撞實驗系統。
[0005]採用假人模型測試車體碰撞過程中乘員的運動姿態與受力變化是行之有效的好方法。正如中國專利申請號為200610046823.3，名稱為《汽車被動安全系統碰撞實驗方法》公開的「在假人的面部塗上油彩」，汽車碰撞領域已廣泛採用假人開展相應的碰撞實驗。
[0006]然而與汽車碰撞相比，列車乘員處於非約束狀態，並無「安全帶」，「氣囊」等主動約束系統，針對其的測試方案也應有所不同。

【發明內容】

[0007]本發明的目的在於克服現有技術中的不足，提供一種對質量為40-80Τ的和撞擊速度為25~80km/h或者更高的軌道車輛實車進行撞擊試驗的，集驅動、制動、中央控制和試驗參數採集於一體的帶非約束人體模擬實驗的軌道車輛實車撞擊試驗系統。
[0008]本發明的目的通過下述技術方案予以實現:所述試驗系統包括中央控制臺、發射器、實車和撞擊牆；所述中央控制臺內安裝有專用軟體，與發射器的電控部分和撞擊牆的測力採集裝置電連接；
所述發射器與撞擊牆之間的地基上設置鋼軌，鋼軌上擺放實車；
所述實車車廂內乘員區的兩端和中間部位各布置至少一個實驗假人，實驗假人以非約束坐姿擺放在座椅上，座椅固定在地板上；實驗假人為標準假人，每個實驗假人的頭部、頸部前胸和後背布置壓力傳感器、位移傳感器和加速度傳感器；中央控制臺與壓力傳感器、位移傳感器和加速度傳感器通過有線或者無線方式連接。
[0009]在撞擊試驗過程中:
所述中央控制臺通過程序控制發射器、撞擊測速裝置、高速攝影裝置、撞擊牆的測力採集裝置、壓力傳感器、位移傳感器和加速度傳感器的工作，接收保存相關數據；
所述發射器在有效行程內對實車進行加速，實車經過一定距離的無動力自由滑行後與撞擊牆發生碰撞，實車自由滑行的距離至少為發射器有效行程的1.1倍；
所述實車與撞擊牆發生碰撞時的試驗撞擊速度為設定撞擊速度的1-2倍，設定撞擊速度為實車運營時速的20-40%，最低的試驗撞擊速度不低於每小時25公裡；
試驗結束後進行分析計算，輸出試驗結果。
[0010]所述每個實驗假人套裝一個剛性的框架，框架的橫梁對應的實驗假人的頭部、頸部、背部、前胸部、腹部、腿部和手部的位置布置壓力傳感器、位移傳感器和加速度傳感器；中央控制臺與壓力傳感器、位移傳感器和加速度傳感器通過有線或者無線方式連接。
[0011]所述撞擊牆包括勻力板、測力採集裝置和撞擊墩，勻力板面向實車，測力採集裝置位於勻力板和撞擊墩之間；所述測力採集裝置為測力傳感器陣列；所述中央控制臺與測力傳感器陣列電連接並接收撞擊數據。
[0012]所述試驗系統配置在調試工況時使用制動裝置、調速制動裝置接頭和調試測速裝置；所述調速制動裝置接頭固定在實車上；所述調試測速裝置布置在鋼軌的一側或者兩側並與中央控制臺電連接，調試測速裝置位於實車開始自由滑行時位置。
[0013]所述實車的車體內被分為乘員區和可變形區，可變形區位於乘員區的兩端，在乘員區內安裝若干組行程開關及撞塊，每組的行程開關或撞塊安裝在側牆內，對應的撞塊或行程開關安裝在地板上，實驗前，每組的行程開關或撞塊相隔設定距離；在撞擊發生過程中，當某一組的行程開關及撞塊相接觸時，表明乘員區的潰變發生，行程開關觸發中央控制臺中的報警器工作。
[0014] 所述實車分為乘員區和可變形區，在乘員區的外側面上按照設定間隔布置設定寬度的垂直標記線；在撞擊發生過程中，當中央控制臺通過高速攝影裝置獲得乘員區的若干條標記線在高速攝影裝置的捕捉區內所佔的寬度減少量超出設定值時，中央控制臺中的報警器開始報警。
[0015]與現有技術相比，本發明具有優點:構造科學合理，操作簡單易行，能夠對大質量(40-80Τ)和高撞擊速度(25~80km/h或者更高)的軌道車輛實車進行撞擊試驗，併集驅動、制動、中央控制和試驗參數米集於一體。【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發明一實施例結構示意圖；
圖2為圖1俯視結構意圖；
圖中:1_中央控制臺，2-發射器，3-實車，4-調速制動裝置接頭，5-調試測速裝置，6-鋼軌，7-地基，8-撞擊測速裝置，9-高速攝影裝置，10撞擊牆，11-勻力板，12-測力傳感器陣列，13-撞擊墩，14-地板，15-座椅，16-實驗假人，17-壓力傳感器，18-位移傳感器，19-加速度傳感器。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明:
參照附圖，所述試驗系統包括中央控制臺1、發射器2、實車3和撞擊牆10 ;所述中央控制臺I內安裝有專用軟體，與發射器2的電控部分和撞擊牆10的測力採集裝置電連接；所述發射器2與撞擊牆10之間的地基7上設置鋼軌6，鋼軌6上擺放實車3 ；
所述實車3車廂內乘員區的兩端和中間部位各布置至少一個實驗假人16，實驗假人16以非約束坐姿擺放在座椅15上，座椅15固定在地板14上；實驗假人16為標準假人，每個實驗假人16的頭部、頸部前胸和後背布置壓力傳感器17、位移傳感器18和加速度傳感器19 ;中央控制臺I與壓力傳感器17、位移傳感器18和加速度傳感器19通過有線或者無線方式連接。
[0018]在撞擊試驗過程中:
所述中央控制臺I通過程序控制發射器2、撞擊測速裝置8、高速攝影裝置9、撞擊牆10的測力採集裝置、壓力傳感器17、位移傳感器18和加速度傳感器19的工作，接收保存相關數據；
所述發射器2在有效行程內對實車3進行加速，實車3經過一定距離的無動力自由滑行後與撞擊牆10發生碰撞，實車3自由滑行的距離至少為發射器2有效行程的1.1倍；
所述實車3與撞擊牆10發生碰撞時的試驗撞擊速度為設定撞擊速度的1-2倍，設定撞擊速度為實車3運營時速的20-40%，最低的試驗撞擊速度不低於每小時25公裡；
試驗結束後進行分析計算，輸出試驗結果。
[0019]所述每個實驗假人16套裝一個剛性的框架，框架的橫梁對應的實驗假人16的頭部、頸部、背部、前胸部、腹部、腿部和手部的位置布置壓力傳感器17、位移傳感器18和加速度傳感器19 ;中央控制臺I與壓力傳感器17、位移傳感器18和加速度傳感器19通過有線或者無線方式連接。
[0020]所述撞擊牆10包括勻力板11、測力採集裝置和撞擊墩13，勻力板11面向實車3，測力採集裝置位於勻力板11和撞擊墩13之間；所述測力採集裝置為測力傳感器陣列12 ；所述中央控制臺I與測力傳感器陣列12電連接並接收撞擊數據。
[0021]所述試驗系統配置在調試工況時使用制動裝置、調速制動裝置接頭4和調試測速裝置5 ;所述調速制動裝置接頭4固定在實車3上；所述調試測速裝置5布置在鋼軌6的一側或者兩側並與中央控制臺I電連接，調試測速裝置5位於實車3開始自由滑行時位置。
[0022]所述實車3的車體內被分為乘員區和可變形區，可變形區位於乘員區的兩端，在乘員區內安裝若干組行程開關及撞塊，每組的行程開關或撞塊安裝在側牆內，對應的撞塊或行程開關安裝在地板上，實驗前，每組的行程開關或撞塊相隔設定距離；在撞擊發生過程中，當某一組的行程開關及撞塊相接觸時，表明乘員區的潰變發生，行程開關觸發中央控制臺I中的報警器工作。
[0023]所述實車3分為乘員區和可變形區，在乘員區的外側面上按照設定間隔布置設定寬度的垂直標記線；在撞擊發生過程中，當中央控制臺I通過高速攝影裝置9獲得乘員區的若干條標記線在高速攝影裝置9的捕捉區內所佔的寬度減少量超出設定值時，中央控制臺I中的報警器開始報警。
[0024]在以下實施例中:
中央控制臺1:安裝有專用軟體，採用現有技術設計製作，為本發明試驗系統的控制、數據採集、分析處理和人機對話中心。
[0025]發射器2:採用現有技術的設備和產品。
[0026]實車3:被試車輛的實物，如地鐵車輛，高鐵車輛，普通軌道車輛等。
[0027]調速制動裝置接頭4:安裝在實車3上的合適部位，用於調試實車3自由滑行前的初速度，這個初速度是通過公知理論計算出來的。調試時，調速制動裝置接頭4與制動裝置連接，既要能夠測出所述的初速度，還要不讓實車3不撞上撞擊牆10 ;在正式試驗時，調速制動裝置接頭4與制動裝置脫離。
[0028]調試測速裝置5和撞擊測速裝置8:為光電測速裝置、雷射測速裝置、雷達測速裝置、或者攝影裝置。
[0029]鋼軌6和地基7:常用公知技術設計製作。
[0030]高速攝影裝置9:常用公知設備。
[0031]撞擊牆10:主要由勻力板11、測力傳感器陣列12和撞擊墩13組成；測力傳感器陣列12位於勻力板11和撞擊墩13之間，且勻力板11面向實車3 ;中央控制臺I與測力傳感器陣列12電連接,並接收測力傳感器陣列12被撞擊時輸出的撞擊數據。
[0032]行程開關及撞塊和報警器:常用公知的產品。
[0033]地板14和座椅15為實車3內的既有物品。
[0034]實驗假人16為市售的標準實驗假人，標準高度和標準體重。
[0035]壓力傳感器17、位移傳感器18和加速度傳感器19為市售壓力傳感器。
[0036]制動裝置:為公知的裝置。
[0037]試驗撞擊速度:要事先通過理論計算確定，或者按照每小時25公裡確定。然後通過撞擊測速裝置8實際檢驗與試驗撞擊速度基本一致。
[0038]實施例1:
發射器2與撞擊牆10之間的地基7上設置鋼軌6 ;實車3擺放在鋼軌6上，實車3背向撞擊牆10的一端安裝發射器2 ;實車3車廂內乘員區的兩端和中間部位各布置至少一個實驗假人16，實驗假人16以非約束坐姿擺放在座椅15上，座椅15固定在地板14上；實驗假人16為標準假人，每個實驗假人16的頭部、頸部前胸和後背布置壓力傳感器17、位移傳感器18和加速度傳感器19 ;中央控制臺I與壓力傳感器17、位移傳感器18和加速度傳感器19通過有線或者無線方式連接。在撞擊試驗過程中:中央控制臺I通過程序控制發射器
2、撞擊測速裝置8、高速攝影裝置9、撞擊牆10的測力採集裝置、壓力傳感器17、位移傳感器18和加速度傳感器19的工作，接收保存相關數據；發射器2在有效行程內對實車3進行加速，實車3經過一定距離的無動力自由滑行後與撞擊牆10發生碰撞，實車3自由滑行的距離至少為發射器2有效行程的1.1倍；實車3與撞擊牆10發生碰撞時的試驗撞擊速度為設定撞擊速度的1-2倍，設定撞擊速度為實車3運營時速的20-40%，最低的試驗撞擊速度不低於每小時25公裡；試驗結束後進行分析計算，輸出試驗結果。
[0039]實施例2:
與實施例1基本相同，不同的是:每個實驗假人16套裝一個剛性的框架，框架的橫梁對應的實驗假人16的頭部、頸部、背部、前胸部、腹部、腿部和手部的位置布置壓力傳感器17、位移傳感器18和加速度傳感器19 ;中央控制臺I與壓力傳感器17、位移傳感器18和加速度傳感器19通過有線或者無線方式連接。
[0040]實施例3、4:
分別與實施例1基本相同，不同的是:撞擊牆10包括勻力板11、測力採集裝置和撞擊墩13，勻力板11面向實車3，測力採集裝置位於勻力板11和撞擊墩13之間；所述測力採集裝置為測力傳感器陣列12 ;所述中央控制臺I與測力傳感器陣列12電連接並接收撞擊數據。
[0041]實施例5-8:
分別在實施例14的基礎上，配置在調試工況時使用制動裝置、調速制動裝置接頭4和調試測速裝置5 ;所述調速制動裝置接頭4固定在實車3上；所述調試測速裝置5布置在鋼軌6的一側或者兩側並與中央控制臺I電連接，調試測速裝置5位於實車3開始自由滑行時位置。
[0042]實施例9-16:
分別在實施例1-8的基礎上，所述實車3的車體內被分為乘員區和可變形區，可變形區位於乘員區的兩端，在乘員區內安裝若干組行程開關及撞塊，每組的行程開關或撞塊安裝在側牆內，對應的撞塊或行程開關安裝在地板上，實驗前，每組的行程開關或撞塊相隔設定距離；在撞擊發生過程中，當某一組的行程開關及撞塊相接觸時，表明乘員區的潰變發生，行程開關觸發中央控制臺I中的報警器工作。
[0043]實施例17-24:
分別在實施例1-8的基礎上，所述實車3分為乘員區和可變形區，在乘員區的外側面上按照設定間隔布置設定寬度的垂直標記線；在撞擊發生過程中，當中央控制臺I通過高速攝影裝置9獲得乘員區的若干條標記線在高速攝影裝置9的捕捉區內所佔的寬度減少量超出設定值時，中央控制臺I中的報警器開始報警。
[0044]實施例1、2的實際應用要點:
1、發射器2有效行程為5米，實車3長度為26米，質量為60.5噸，設定實車3無動力自由滑行距離為10米。換句話說,實車3總的運行距離為15米。
[0045]2、設定實車3為25K型空調發電車(質量為60.5噸)，實車3接觸並撞擊到撞擊牆10時的時速為每小時25公裡，自由滑行距離為10米，根據該車型基本阻力計算公式和列車運動方程式可反過來計算出開始滑行時的初速度為每小時25.77公裡。即:該速度為在發射器2最大程內5米時的速度。
[0046]3、根據以上參數，發射器2的空心活塞18和缸套20之間的有效容積的橫截面積為0.42平方米，配套的儲氣罐16的有效容積為2500升；在行程為5米的情況下，其有效發射能量約為1550.1KJ0
[0047]4、發射器2在發射前，其缸套20和實車3緊貼在一起。
[0048]5、中央控制臺I啟動發射器2工作，發射器2按照設定速度推動實車3運行5米後，實車3再無動力自由滑行10米後與撞擊牆10相撞。在整個撞擊過程中，撞擊測速裝置8、高速攝影裝置9、撞擊牆10、壓力傳感器17、位移傳感器18和加速度傳感器19將撞擊資料發送給中央控制臺I保存，實驗結束後進行分析計算，輸出實驗結果。
[0049]實車3無動力自由滑行距離不小於發射器2有效工作行程的1.1倍，可以根據實際情況節約佔地面積。
【權利要求】
1.一種稱合乘員彳丁為檢測的軌道車輛實車撞擊試驗系統，所述試驗系統包括中央控制臺(1)、發射器(2 )、實車(3 )和撞擊牆(10 );所述中央控制臺(1)內安裝有專用軟體，與發射器(2)的電控部分和撞擊牆(10)的測力採集裝置電連接；其特徵在於: 所述發射器(2)與撞擊牆(10)之間的地基(7)上設置鋼軌(6)，鋼軌(6)上擺放實車(3)； 所述實車(3)車廂內乘員區的兩端和中間部位各布置至少一個實驗假人(16)，實驗假人(16 )以非約束坐姿擺放在座椅(15 )上，座椅(15 )固定在地板(14 )上；實驗假人(16 )為標準假人，每個實驗假人(16)的頭部、頸部前胸和後背布置壓力傳感器(17)、位移傳感器(18)和加速度傳感器(19);中央控制臺(1)與壓力傳感器(17)、位移傳感器(18)和加速度傳感器(19)通過有線或者無線方式連接； 在撞擊試驗過程中: 所述中央控制臺(1)通過程序控制發射器(2)、撞擊測速裝置(8)、高速攝影裝置(9)、撞擊牆(10 )的測力採集裝置、壓力傳感器(17 )、位移傳感器(18 )和加速度傳感器(19 )的工作，接收保存相關數據； 所述發射器(2)在有效行程內對實車(3)進行加速，實車(3)經過一定距離的無動力自由滑行後與撞擊牆(10)發生碰撞，實車(3)自由滑行的距離至少為發射器(2)有效行程的1.1 倍； 所述實車(3)與撞擊牆(10)發生碰撞時的試驗撞擊速度為設定撞擊速度的1-2倍，設定撞擊速度為實車(3)運營時速的20-40%，最低的試驗撞擊速度不低於每小時25公裡； 試驗結束後進行分析計算，輸出試驗結果。
2.根據權利要求1所述的試驗系統，其特徵在於:所述每個實驗假人(16)套裝一個剛性的框架，框架的橫梁對應的實驗假人(16)的頭部、頸部、背部、前胸部、腹部、腿部和手部的位置布置壓力傳感器(17)、位移傳感器(18)和加速度傳感器(19);中央控制臺(1)與壓力傳感器(17)、位移傳感器(18)和加速度傳感器(19)通過有線或者無線方式連接。
3.根據權利要求1或2所述的試驗系統，其特徵在於:所述撞擊牆(10)包括勻力板(11)、測力採集裝置和撞擊墩(13)，勻力板(11)面向實車(3)，測力採集裝置位於勻力板(11)和撞擊墩(13)之間；所述測力採集裝置為測力傳感器陣列(12);所述中央控制臺(1)與測力傳感器陣列(12)電連接並接收撞擊數據。
4.根據權利要求1或2所述的試驗系統，其特徵在於:所述試驗系統配置在調試工況時使用制動裝置、調速制動裝置接頭(4)和調試測速裝置(5);所述調速制動裝置接頭(4)固定在實車(3)上；所述調試測速裝置(5)布置在鋼軌(6)的一側或者兩側並與中央控制臺(1)電連接，調試測速裝置(5 )位於實車(3 )開始自由滑行時位置。
5.根據權利要求3所述的試驗系統，其特徵在於:所述試驗系統配置在調試工況時使用制動裝置、調速制動裝置接頭(4)和調試測速裝置(5);所述調速制動裝置接頭(4)固定在實車(3)上；所述調試測速裝置(5)布置在鋼軌(6)的一側或者兩側並與中央控制臺(1)電連接，調試測速裝置(5)位於實車(3)開始自由滑行時位置。
6.根據權利要求1或2所述的試驗系統，其特徵在於:所述實車(3)的車體內被分為乘員區和可變形區，可變形區位於乘員區的兩端，在乘員區內安裝若干組行程開關及撞塊，每組的行程開關或撞塊安裝在側牆內，對應的撞塊或行程開關安裝在地板上，實驗前，每組的行程開關或撞塊相隔設定距離；在撞擊發生過程中，當某一組的行程開關及撞塊相接觸時，表明乘員區的潰變發生，行程開關觸發中央控制臺(I)中的報警器工作。
7.根據權利要求3所述的試驗系統，其特徵在於:所述實車(3)的車體內被分為乘員區和可變形區，可變形區位於乘員區的兩端，在乘員區內安裝若干組行程開關及撞塊，每組的行程開關或撞塊安裝在側牆內，對應的撞塊或行程開關安裝在地板上，實驗前，每組的行程開關或撞塊相隔設定距離；在撞擊發生過程中，當某一組的行程開關及撞塊相接觸時，表明乘員區的潰變發生，行程開關觸發中央控制臺(I)中的報警器工作。
8.根據權利要求1或2所述的試驗系統，其特徵在於:所述實車(3)分為乘員區和可變形區，在乘員區的外側面上按照設定間隔布置設定寬度的垂直標記線；在撞擊發生過程中，當中央控制臺(I)通過高速攝影裝置(9)獲得乘員區的若干條標記線在高速攝影裝置(9)的捕捉區內所佔的寬度減少量超出設定值時，中央控制臺(I)中的報警器開始報警。
9.根據權利要求3所述的試驗系統，其特徵在於:所述實車(3)分為乘員區和可變形區，在乘員區的外側面上按照設定間隔布置設定寬度的垂直標記線；在撞擊發生過程中，當中央控制臺(I)通過高速攝影裝置(9 )獲得乘員區的若干條標記線在高速攝影裝置(9 )的捕捉區內所佔的 寬度減少量超出設定值時，中央控制臺(I)中的報警器開始報警。
【文檔編號】G01M17/08GK103940624SQ201410195038
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月9日 優先權日:2014年5月9日
【發明者】田紅旗, 姚松, 姚曙光, 謝素超, 彭勇, 周偉, 張健 申請人:中南大學